1、材料加工CAD/CAE/CAM技术基础,第四章 材料加工CAM 技术基础,CAM概述 数控机床的有关功能规定 数控加工工艺知识 数控编程 数控电火花线切割加工的程序编制,4.1 材料加工CAM 概述,4.1.1 数控加工的基本概念 （一）数控（NC）的含义数控：是数字控制（Numerical control ）的简称，通常称为NC，是用数字信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种控制方法。,数控加工的含义 是指在数控机床上加工零件的一种工艺方法。实质：用数控装置（系统）代替人操作机床进行机械零件加工的一种自动化加工方法。所用的机床设备成为数字控制机床，简称数控机床或NC机床。,(二) 工件轮
2、廓的生成方法当被加工工件上的轮廓为曲线或为与执行部件移动方向不一致的直线轮廓时，此工件轮廓只能用沿工作台或刀架运动方向的细分线段来逼近代替。工件的真实轮廓由机床执行部件的运动轨迹插补生成。如图4-1。,插补类型（按脉冲当量的分配形式）：直线插补沿直线分配脉冲圆弧插补沿圆弧分配脉冲其它插补类型（如，抛物线插补、高次曲线插补，等等）,插补运算求解逼近轨迹上各点 ( x, y ) 坐标的数学运算。脉冲当量机床执行部件单位位移量，用于控制插补精度。 通常，脉冲当量值由数控机床的加工精度决定。,自动插补运算直线插补：只输入执行的起点和终点坐标。圆弧插补：输入圆弧起点、终点和圆心坐标（或半径值）,由事先规
3、定的圆弧 角正负值来确定半 径位于弧的哪一边,(三) 数控加工作业过程,（一）数控机床组成,4.1.2 数控机床的组成、分类与发展,输入介质,数控加工时，所需的各种控制信息要靠某种中间载体携带和传输，这种载体称为控制介质。在控制介质上保存着加工零件所必需的全部操作信息和刀具及工件移动的信息，它记载着零件的加工程序。输入介质有：穿孔纸带、磁带或磁盘,数控装置 伺服系统,机床主机,主机是数控机床的主体，包括车身、箱体、导轨、主轴、进给机构等机械部件,人造大理石床身（混凝土聚合物）,天然大理石床身,机床排屑系统,数控机床应有更好的宜人性（人机关系及环保）,便于操作的机床结构,立式数控车床,卧式数控车
4、床,立式数控铣床,卧式数控铣床,快走丝电火花线切割机床,工作台移动式电火花机床,工作台固定式电火花机床,固定立柱立式加工中心,滑枕立式加工中心,O形整体床身立式加工中心,4.1.3 计算机在数控中的应用,计算机数控（Computer Numerical Control，CNC）,常见数控系统,FANUC,立式数控铣床,4.1.4 数控编程的内容与步骤,编制程序的目的：用程序去实现数控加工的全部工艺规范。,4.1.5 数控编程的种类,4.2 数控机床的有关功能规定,4.2.1 数控机床程序编制的有关规定 （一）穿孔带和代码,（二）程序格式（编程规则）以人工编程G代码为例,程序组成 程序若干程序段
5、（行）的集合； 程序段（行）完成某个或某些特定动作的指令（代码字）集合； 指令（代码字）由操作（地址）符和操作内容（数据）构成。即某一功能的一组代码符号，如X500，表示X 向尺寸为500,程序行内指令（代码字）的顺序及其含义,例如：N001 G91 G00 X2700 Y3000 Z15000 M03 LFN002 N017 X-5000 Y-4000 Z14800 M02 LF,常用G功能代码摘要,常用M功能代码摘要,加工程序的一般格式举例：% / 开始符 O1000 / 程序名 N10 G00 G54 X50 Y30 M03 S3000 N20 G01 X88.1 Y30.2 F500
6、T02 M08 N30 X90 N300 M30 / 结束符 %,/ 程序主体,4.2.2 数控机床的坐标轴及运动方向,规定：“工件不动”，刀具相对工件运动；直角坐标系满足右手定则和右旋定则；机床坐标轴和运动方向；,数控机床坐标系的确定方法 1、假定刀具相对于固定的 工件运动,2、增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向,3、采用右手笛卡儿坐标系,直线坐标 X Y Z 旋转坐标 A B C 附加坐标 U V W,4、确定顺序：Z-X-Y （P127P128）,数控机床坐标系原点,在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，见左图。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在
7、X、Z坐标的正方向极限位置上。数控铣床的原点在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上，见右图,车床的机床原点,铣床的机床原点,4.3.1 什么是数控加工工艺就是指用数控机床加工零件时应用的工艺方法。与通用机床相比，不同点表现在控制方式上。,4.3 数控加工工艺知识,数控加工的内容：选择并确定数控加工零件及加工内容；对零件图进行数控加工工艺分析；数控加工工艺设计；零件图形数字处理；编程和生成NC指导书；传输程序；程序校验与修改；试切、切削加工及现场问题处理；NC加工工艺文件管理。,适应性强；加工精度高，质量稳定可靠；加工生产率高，经济效益好；减轻操作者的劳动强度，改善劳动条
8、件，自动化生产； 有利于生产管理现代化，便于计算机辅助制造； 可直接从CAD系统中提取数据，保证数据处理的一致性；数控机床价格昂贵，加工成本高，维修困难。,适用范围：,1. 普通机床加工调整时间长或要求复杂工装的零件； 2. 加工精度高，几何形状复杂的零件； 3. 批量小而又多次重复生产的零件； 4. 要求精密复制的零件； 5. 贵重零件加工； 6. 需要全部检验的零件，试制件； 7. 钻、镗、铰、铣削等多工序联合进行的零件。,4.3.2 数控机床加工的特点及适用范围,特点：,注意：无论是增量编程或是绝对编程，圆弧插补均应采用增量方式。,4.3.3 数控加工中的几个重要术语,3. 机床坐标系与
9、工件坐标系 机床坐标系机床固有坐标系。机床坐标系原点的确定方法。 工件坐标系建立在工件上的坐标系。工件坐标系原点的确定由编程人员按加工工艺要求自定。工件原点偏置：工件原点偏离机床原点的距离。,2. 机床坐标数 指数控机床有几个运动方向采用了数控两坐标加工：同时控制任意两坐标联动； 三坐标加工：数控装置控制三个坐标联动； 五坐标加工：同上,4. 工件上各点坐标的表示 绝对坐标表示： 绝对尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出 ； 相对（增量）坐标表示： 增量尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出 。 如图所示：,绝对尺寸,增量尺寸,程序段举例：绝对坐标编程N001 G00G1
10、7G90 X30 Y0;N002 G02 X30 Y0 I-30 F100;N003 G00 X0 Y0 M02;增量坐标编程N001 G00G17G91 X30 Y0;N002 G02 X0 Y0 I-30 F100;N003 G00 X-30 Y0 M02;,5. 刀具补偿径向补偿（刀具偏置） 含义刀位点径向偏离工件轮廓。,补偿值 D = R + 式中：R刀具半径加工余量,径向补偿指令：右补偿（刀具右偏）G42顺着刀具前进方向看，刀具在轮廓右侧 左补偿（刀具左偏） G41顺着刀具前进方向看，刀具在轮廓左侧。取消径向补偿 G40,右补偿,左补偿,采用刀具径向补偿编程的优越性：不考虑刀具半径，
11、直接按工件轮廓尺寸编程；适当 改变半径补偿量，以实现同一刀具，同一程序完成轮廓从粗到精的全部加工。,长度补偿含义在 Z 轴方向上实现对刀具移动距离的补偿。,a 工件坐标系的 Z 轴设定值，b 刀尖到刀柄校准面的距离， c 指令动作，d 实际移动量，e 补偿量 注：事先将测定的 a，b 值存入刀补表中。,长度补偿指令：G43正补偿（如前图，e = c - d） G44负补偿（如右图，e = d - c） G49取消长度补偿,采用刀具长度补偿的优越性：可实现在一次加工中使用多把长度不同的刀具，特别适合于加工中心的自动换刀系统。,6. 定位精度和重复精度定位精度 含义指实际位置与指令位置的一致程度；
12、不一致量称为定位精度误差。重复精度 含义指同一条件下用相同方法重复进行同一动作时，控制对象位置的一致程度，也称为精度密度；,7. 干涉不仅会破坏零件的形状和精度，严重时会对机床精度造成影响,4.3.4 数控编程的工艺处理,1 、工序、工步的划分与顺序安排（P135）基本原则：先粗后精，先面后孔；尽量减少换刀次数和空刀路程。特殊情况：对同轴度要求很高的孔系，应一次定位，顺序换刀，依次完成该孔系的全部孔加工。,2 、 零件装夹方法的确定和夹具选择装夹原则：尽量减少装夹次数和时间工件坐标系与机床坐标系之间应有确定的关系夹具的选择：尽量采用组合夹具。,3 、 对刀点、刀位点和换刀点对刀点刀具相对于工件
13、的运动起点。,例如（图中红色表示基准点）：,换刀点换刀位置。原则：换刀时不得碰伤工件、夹具和机床。,4 、走刀路线刀具相对于工件的运动轨迹（走刀路线）。路径选择原则：（1） 保证良好的加工精度和表面质量；（2） 数值计算简单；（3）进给路径尽可能短。,其它应考虑的问题：辅助路径（引入距离）切入点和切出点主要指铣削轮廓时的进刀和出刀（切向或圆弧进出刀, ）,轮廓加工时尽量避免进给停顿；为提高表面质量、降低粗糙度，采用多次小余量进给；加工孔系时，安排镗孔的路线应注意各孔的定位方向一致，避免反向间隙的产生。,5 、刀具选择选择原则：刀具精度高，刚性好；尺寸稳定，耐磨性好；调整方便。目的：提高生产率，
14、降低台时费用。,逆铣：铣刀的旋转方向和工件的走刀方向相反 顺铣：铣刀的旋转方向和工件的走刀方向相同,6 、 切削用量的确定切削深度 ap切削用量 进给量 f切削速度 vc,图中：S 为主轴转速（r / min），由切削深度 ap、进给量 f 和刀具耐用度计算公式或查手册得到的切削速度 vc 或主轴转速n。,f =zfzn Z-齿数；f-进给量m/s；fz-每齿进给量m/z；n-主轴转速r/s,vc-切削速度r/s；D-铣刀直径,7 、 编程误差及其控制数控加工的误差来源：逼近误差插补误差尺寸园整误差其它：机床控制和伺服系统误差、零件定位误差、对刀误差、刀具磨损误差、刀具或工件受力（受热）变形误
15、差，等等。,编程误差控制：逼近误差（选择合适的数学近似方程）插补误差（增加插补点，合理分配插补点）尺寸园整误差（采用合理的数据处理方法） 原则：编程误差应控制在零件公差的1020%之内。,8 、数控加工工艺文件（P142-143）,N005 G90G17G00G42 X10Y10; /绝对坐标编程，快速移动到1点，右补偿 N010 G01 X30 F100; /直线插补到2点，主轴转速为100mm/min N015 G03 X40Y20 I0J10; /逆时针圆弧插补 N020 G02 X30Y30 I0J10; /顺时针圆弧插补 N025 G01 X10Y20; /直线插补 N030 Y10
16、; N035 G00G40 X0Y0 M02; /点位控制到o点，取消刀具偏移，程序结束,轮廓加工举例,先计算各点的坐标。,4.4 数控编程,小结：,1、数控加工概念及实质。 2、数控加工作业过程。 3、点位控制、直线控制和轮廓控制数控机床各有何特点。分别给出其对应的典型机床例子。（作业） 4、CNC与DNC的区别？ （作业） 5、数控编程的内容与步骤有哪些？ 6、数控G代码程序由哪些成分构成？其中的代码字(指令字)各表示什么含义？ （作业） 7、数控加工的误差来源有哪些？怎样控制？ 8、什么是数控加工的对刀点、换刀点？ 9、数控加工的刀具补偿有哪两种？采用刀具补偿有何意义？ （作业） 10、请仿照教材P145的例子为下图零件编制轮廓铣削程序。 （作业）.,
